CN104035273A - 双调显影用光掩模 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双调显影用光掩模，其包括开口图案区以及不完全透光图案。开口图案区包括多个透光图案与多个不透光图案，且由透光图案与不透光图案于双调显影用光致抗蚀剂中定义出多个开口图案。不完全透光图案围绕开口图案区。
Description
技术领域
本发明涉及一种光掩模，且特别是涉及一种双调显影用光掩模。
背景技术
光刻制作工艺在半导体集成电路制作工艺中为最关键的步骤之一，光刻制作工艺包括涂布光致抗蚀剂、曝光与显影等步骤。光刻制作工艺是先在工作表面上旋涂一层光致抗蚀剂层。在曝光制作工艺中，由于光致抗蚀剂层具有感光性，因此可通过光掩模（光罩）的辐射光将光致抗蚀剂层图案化。在显影制作工艺中，可将晶片放置在称为显影剂的化学洗涤液中，使显影剂溶解光致抗蚀剂中非聚合的部分，而得到图案化光致抗蚀剂层。在晶片的工作表面上的图案化光致抗蚀剂层可作为集成电路的后续制作工艺步骤中所使用的图案或模版。
其中，光掩模一般是由透光图案与不透光图案所组成。光掩模是设计用以避免辐射光穿透光致抗蚀剂层的特定部位，而使得经辐射光照射的光致抗蚀剂在其特定范围内进行聚合或非聚合作用。
图1所绘示为现有的单调显影的示意图。
请参照图1，在使用光掩模10对光致抗蚀剂20进行光刻制作工艺时，会先利用光掩模10对光致抗蚀剂20进行曝光，再对经曝光后的光致抗蚀剂20进行正调显影(positive tone development)，以移除对应于最强光场处的光致抗蚀剂20。此时，光掩模10中的开口12的间距(pitch)Pa约等于光致抗蚀剂20中的开口22的间距Pb。
图2所绘示为现有的双调显影的示意图。
请参照图2，在使用光掩模30对光致抗蚀剂40进行光刻制作工艺时，会先利用光掩模30对光致抗蚀剂40进行曝光，再对经曝光后的光致抗蚀剂40进行正调显影与负调显影(negative tone development)的双调显影，以移除对应于最强光场与最弱光场处的光致抗蚀剂40。此时，光掩模30中的开口32的间距Pc约为光致抗蚀剂40中的开口42的间距Pd的两倍。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双调显影用光掩模，可大幅地降低半导体元件的制造成本。
为达上述目的，本发明提出一种双调显影用光掩模，包括开口图案区以及不完全透光(partial transparent)图案。开口图案区包括多个透光(transparent)图案与多个不透光(opaque)图案，且由透光图案与不透光图案于双调显影用光致抗蚀剂中定义出多个开口图案。不完全透光图案围绕开口图案区。
依照本发明的一实施例所述，在上述的双调显影用光掩模中，透光图案例如是以二维阵列的方式排列，且不透光图案例如是以网状排列并且包围各透光图案。
依照本发明的一实施例所述，在上述的双调显影用光掩模中，不透光图案例如是以二维阵列的方式排列，且透光图案例如是以网状排列并且包围各不透光图案。
依照本发明的一实施例所述，在上述的双调显影用光掩模中，还包括护环(guard ring)图案，至少围绕部分的不完全透光图案。
依照本发明的一实施例所述，在上述的双调显影用光掩模中，护环图案例如是透光或不透光。
依照本发明的一实施例所述，在上述的双调显影用光掩模中，双调显影用光致抗蚀剂的开口图案的间距例如是双调显影用光掩模的透光图案的间距的50%至75%。
依照本发明的一实施例所述，在上述的双调显影用光掩模中，双调显影用光致抗蚀剂的开口图案的间距例如是双调显影用光掩模的不透光图案的间距的50%至75%。
依照本发明的一实施例所述，在上述的双调显影用光掩模中，透光图案与不透光图案例如是以一维阵列的方式交错排列并且连续无间隔。
依照本发明的一实施例所述，在上述的双调显影用光掩模中，各透光图案的宽度与各不透光图案的宽度的比例如是1：1至7：1。
依照本发明的一实施例所述，在上述的双调显影用光掩模中，各透光图案的宽度与各不透光图案的宽度的比例如是1：1至1：7。
依照本发明的一实施例所述，在上述的双调显影用光掩模中，双调显影用光致抗蚀剂的开口图案的间距例如是双调显影用光掩模的不透光图案的间距的50%至75%。
依照本发明的一实施例所述，在上述的双调显影用光掩模中，双调显影用光致抗蚀剂的开口图案的间距例如是双调显影用光掩模的透光图案的间距的50%至75%。
依照本发明的一实施例所述，在上述的双调显影用光掩模中，还包括隔离区开口图案，位于隔离区(isolation region)中。
依照本发明的一实施例所述，在上述的双调显影用光掩模中，不完全透光图案例如是光栅或不完全透光材料。
依照本发明的一实施例所述，在上述的双调显影用光掩模中，第一开口图案例如是接触孔图案。
依照本发明的一实施例所述，在上述的双调显影用光掩模中，当透光图案与不透光图案以至少一列的方式排列时，位于同一列上的透光图案与不透光图案例如是交错排列且间隔一定距离，相邻的透光图案与不透光图案之间包含不完全透光图案。
依照本发明的一实施例所述，在上述的双调显影用光掩模中，位于不同列上的透光图案与不透光图案例如是交错排列或相互对齐。
依照本发明的一实施例所述，在上述的双调显影用光掩模中，当不同列上的透光图案与不透光图案为相互对齐时，位于不同列上的透光图案相互对齐、位于不同列上的不透光图案相互对齐、或位于一列上的透光图案与位于另一列上的不透光图案相互对齐。
基于上述，在本发明的实施例所提出的双调显影用光掩模中具有不完全透光图案，所以可通过单一光掩模及单一曝光制作工艺形成同时具有开口图案区以及环绕此开口图案区的光致抗蚀剂图案的图案化双调显影用光致抗蚀剂。因此，通过本发明所提出的双调显影用光掩模可大幅地降低半导体元件的制造成本，且可有效地简化半导体制作工艺的复杂度。
此外，通过本发明的实施例所提出的双调显影用光掩模，可于双调显影用光致抗蚀剂中形成具有较小间距的开口图案。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1为现有的单调显影的示意图；
图2为现有的双调显影的示意图；
图3为本发明的一实施例的双调显影用光掩模的示意图；
图4为利用图3的双调显影用光掩模所形成的图案化双调显影用光致抗蚀剂的示意图；
图5为本发明的另一实施例的双调显影用光掩模的示意图；
图6为利用图5的双调显影用光掩模所形成的图案化双调显影用光致抗蚀剂的示意图；
图7为本发明的另一实施例的双调显影用光掩模的示意图；
图8为利用图7的双调显影用光掩模所形成的图案化双调显影用光致抗蚀剂的示意图。
主要元件符号说明
10、30：光掩模
12、22、32、42：开口
20、40：光致抗蚀剂
100、300、500：双调显影用光掩模
102、202、302、402、502、602：开口图案区
104、304、504：不完全透光图案
106、306、506：透光图案
108、308、508：不透光图案
210、410、610：开口图案
118、218：护环图案
200、400、600：图案化双调显影用光致抗蚀剂
204、216、404、416、604、616：光致抗蚀剂图案
312、412、512、612：隔离区开口图案
314、414、514、614：隔离区
D1：延伸方向
P1、P2、P3、P4、P5、P6、Pa、Pb、Pc、Pd：间距
W1、W2：宽度
具体实施方式
图3所绘示为本发明的一实施例的双调显影用光掩模的示意图。图4所绘示为利用图3的双调显影用光掩模所形成的图案化双调显影用光致抗蚀剂的示意图。
请参照图3，双调显影用光掩模100包括开口图案区102以及不完全透光图案104。
开口图案区102包括多个透光图案106与不透光图案108，且后续曝光显影制作工艺是利用透光图案106与不透光图案108于双调显影用光致抗蚀剂中定义出多个开口图案210(请参考图4)。开口图案210例如是接触孔图案，如动态随机存取记忆体的接触孔图案。在通过双调显影用光掩模100进行曝光时，辐射光穿透透光图案106而产生最强光场，不透光图案108遮蔽辐射光而产生最弱光场，且在透光图案106的边缘与不透光图案108的边缘会产生介于最强光场与最弱光场之间的中间光场。不透光图案108的材料例如是铬。开口图案区102例如是图案密集区(dense region)。
在此实施例中，透光图案106例如是排列成二维阵列，且不透光图案108例如是彼此相交而排列成网状，其中透光图案106之间具有间距P1并且分别被不透光图案108包围。虽然，此实施例中的透光图案106为矩形，而不透光图案108为条状，然而于此技术领域具有通常知识者可依照实际的设计需求对透光图案106与不透光图案的形状进行调整。在另一实施例中，也可由不透光图案排列成二维阵列并且由透光图案排列成网状，且透光图案包围不透光图案，而达成与上述实施例相似的功效。
不完全透光图案104围绕开口图案区102。不完全透光图案104的特性在于辐射光只能部分穿透不完全透光图案104，而产生出介于最强光场与最弱光场之间的中间光场。不完全透光图案104例如是光栅或不完全透光材料，其中不完全透光材料例如是硅化钼(MoSi)。
此外，双调显影用光掩模100还可选择性地包括护环图案118。护环图案118至少围绕开口图案区102以及部分的不完全透光图案104。护环图案118例如是透光或不透光。在此实施例中，护环图案118是以不透光为例进行说明。
请同时参照图3及图4，在利用双调显影用光掩模100所进行的光刻制作工艺中，对双调显影用光致抗蚀剂进行曝光制作工艺与双调显影制作工艺后，会形成图案化双调显影用光致抗蚀剂200。双调显影用光致抗蚀剂的材料例如是光酸产生剂(Photo Acid Generator，PAG)、树脂或丙二醇单甲醚乙酸酯（propylene glycol monomethyl ether acetate，PGMEA）。
双调显影制作工艺会移除接收到最强光场与最弱光场的双调显影用光致抗蚀剂，而其余的双调显影用光致抗蚀剂会被保留下来。在此实施例中，由于曝光制作工艺会沿着开口图案区102的对角线方向D1对应于透光图案106以及不透光图案108处形成最强光场(例如光场强度约大于0.16)与最弱光场(例如光场强度约小于0.05)，所以经过双调显影制作工艺后会在对应于开口图案区102的双调显影用光致抗蚀剂中形成多个开口图案210沿着对角线方向D1排列，并且开口图案210的间距P2小于透光图案106的间距P1，间距P2例如是间距P1的50%至75%。
在另一实施例中，当由不透光图案排列成二维阵列并且由透光图案排列成网状，且透光图案包围不透光图案，时，双调显影用光致抗蚀剂的开口图案的间距例如是双调显影用光掩模的不透光图案的间距的50%至75%。
由于不完全透光图案104于曝光制作工艺中不会形成最强光场或者最弱光场，因此经过双调显影制作工艺后对应该处的双调显影用光致抗蚀剂都会被保留下来。
此外，图案化双调显影用光致抗蚀剂200还可选择性地包括护环图案218，护环图案218对应于护环图案118而形成。
基于上述实施例可知，由于对应于不完全透光图案104的双调显影用光致抗蚀剂在进行曝光制作工艺与双调显影制作工艺之后会保留下来，所以可通过双调显影用光掩模100于双调显影用光致抗蚀剂中形成多个开口图案210并且保留环绕该些开口图案的部分双调显影用光致抗蚀剂。由于图案化双调显影用光致抗蚀剂200可由单一光掩模与单一光刻制作工艺所形成，所以通过双调显影用光掩模100可大幅地降低半导体元件的制造成本，且可有效地简化半导体制作工艺的复杂度。
此外，由于双调显影用光掩模100中的开口图案区102是由透光图案106与不透光图案108所定义，因此可使得通过双调显影用光掩模100所形成的图案化双调显影用光致抗蚀剂200中的开口图案210具有较小的间距P2。
图5所绘示为本发明的另一实施例的双调显影用光掩模的示意图。图6所绘示为利用图5的双调显影用光掩模所形成的图案化双调显影用光致抗蚀剂的示意图。
请参照图5，双调显影用光掩模300包括开口图案区302以及不完全透光图案304。
开口图案区302包括透光图案306与不透光图案308。在通过双调显影用光掩模300进行曝光时，辐射光穿透透光图案306而产生最强光场，不透光图案308遮蔽辐射光而产生最弱光场，且在透光图案306的边缘与不透光图案308的边缘会产生介于最强光场与最弱光场之间的中间光场。不透光图案308的材料例如是铬。开口图案区302例如是图案密集区。
在此实施例中，透光图案306与不透光图案308例如是以一维阵列的方式交错排列并且连续无间隔。透光图案306的宽度W1例如是大于不透光图案308的宽度W2。透光图案306的宽度W1与不透光图案308的宽度W2的比例如是1：1至7：1。虽然，此实施例中的透光图案306与不透光图案308皆为矩形，然而于此技术领域具有通常知识者可依照实际的设计需求对透光图案306与不透光图案308的形状进行调整。在另一实施例中，透光图案的宽度也可小于不透光图案的宽度，而达成与上述实施例相似的功效。在此情况下，透光图案的宽度与不透光图案的宽度的比例如是1：1至1：7。
不完全透光图案304围绕开口图案区302。不完全透光图案304的特性在于辐射光只能部分穿透不完全透光图案304，而产生出介于最强光场与最弱光场之间的中间光场。不完全透光图案304例如是光栅或不完全透光材料，其中不完全透光材料例如是硅化钼(MoSi)。
此外，双调显影用光掩模300还可选择性地包括隔离区开口图案312，位于隔离区314中。隔离区开口图案312例如是透光或不透光。在此实施例中，隔离区开口图案312是以不透光为例进行说明。
请同时参照图5及图6，在利用双调显影用光掩模300所进行的光刻制作工艺中，对双调显影用光致抗蚀剂进行曝光制作工艺与双调显影制作工艺后，会形成图案化双调显影用光致抗蚀剂400。双调显影用光致抗蚀剂的材料例如是光酸产生剂(Photo Acid Generator，PAG)、树脂或丙二醇单甲醚乙酸酯（propylene glycol monomethyl ether acetate，PGMEA）。
双调显影制作工艺会移除对应于最强光场与最弱光场处的双调显影用光致抗蚀剂，而其余的双调显影用光致抗蚀剂会被保留下来。在此实施例中，由于开口图案区302中的最强光场与最弱光场分别位于透光图案306的中央部与不透光图案308的中央部，所以会在对应于最强光场与最弱光场处的双调显影用光致抗蚀剂形成开口图案410，而使得开口图案410的间距P4小于不透光图案308的间距P3，间距P4例如是间距P3的50%至75%。开口图案410例如是接触孔图案，如闪存存储器的接触孔图案。
在另一实施例中，当透光图案的宽度小于不透光图案的宽度时，例如透光图案的宽度与不透光图案的宽度的比例如是1：1至1:7，双调显影用光致抗蚀剂的开口图案的间距例如是双调显影用光掩模的透光图案的间距的50%至75%。
此外，各开口图案410之间以及对应于不完全透光图案304处的双调显影用光致抗蚀剂均被保留下来，由于进行曝光制作工艺中该些位置并未产生最强光场或者最弱光场，因此进行后续双调显影制作工艺时不会被移除。
此外，图案化双调显影用光致抗蚀剂400还可选择性地包括隔离区开口图案412。隔离区开口图案412对应于隔离区开口图案312而形成于隔离区414中。
基于上述实施例可知，由于对应于不完全透光图案304的双调显影用光致抗蚀剂在进行曝光制作工艺与双调显影制作工艺之后会保留下来，所以可通过双调显影用光掩模300同时形成开口图案410以及保留环绕各开口图案410的双调显影用光致抗蚀剂。由于图案化双调显影用光致抗蚀剂400可由单一光掩模与单一光刻制作工艺所形成，所以通过双调显影用光掩模300可大幅地降低半导体元件的制造成本，且可有效地简化半导体制作工艺的复杂度。
此外，由于图案化双调显影用光致抗蚀剂400的开口图案410是由双调显影用光掩模300的透光图案306与不透光图案308所定义，所以可使得开口图案410具有较小的间距P4。
图7所绘示为本发明的另一实施例的双调显影用光掩模的示意图。图8所绘示为利用图7的双调显影用光掩模所形成的图案化双调显影用光致抗蚀剂的示意图。
请参照图7，双调显影用光掩模500包括开口图案区502以及不完全透光图案504。
开口图案区502包括透光图案506与不透光图案508，且由透光图案506与不透光图案508定义出如图8所示的开口图案610。在通过双调显影用光掩模500进行曝光时，辐射光穿透透光图案506而产生最强光场，不透光图案508遮蔽辐射光而产生最弱光场。不透光图案508的材料例如是铬。开口图案区502例如是图案密集区。开口图案610例如是接触孔图案，如闪存存储器的接触孔图案。
在此实施例中，开口图案610例如是以排列成至少一列的方式排列。在此实施例中，开口图案610是以排列成两列为例进行说明，但并不用以限制本发明，只要是排列成至少一列的排列方式即属于本发明所主张的权利范围。其中，透光图案506与不透光图案508例如是以至少一列的方式排列，位于同一列上的透光图案506与不透光图案508例如是交错排列且间隔一定距离，相邻的各个透光图案506与各个不透光图案508之间包含不完全透光图案504。透光图案506的尺寸例如是与不透光图案508的尺寸相同，虽然，此实施例中的透光图案506与不透光图案508皆为矩形，然而于此技术领域具有通常知识者可依照实际的设计需求对透光图案506与不透光图案508的形状进行调整。
不完全透光图案504围绕开口图案区502，同时设置于开口图案区502内用以隔离透光图案506与不透光图案508。不完全透光图案504的特性在于辐射光只能部分穿透不完全透光图案504，而产生出介于最强光场与最弱光场之间的中间光场。不完全透光图案504例如是光栅或不完全透光材料，其中不完全透光材料例如是硅化钼(MoSi)。
另一方面，位于不同列上的透光图案506与不透光图案508可为交错排列或相互对齐。在此实施例中，位于不同列上的透光图案506与不透光图案508是以交错排列为例进行说明。然而，当不同列上的透光图案506与不透光图案508为相互对齐时，对齐的方式包括位于不同列上的透光图案506相互对齐、位于不同列上的不透光图案508相互对齐、或位于一列上的透光图案506与位于另一列上的不透光图案508相互对齐。亦即，于此技术领域具有通常知识者可依据实际产品的设计需求，对于位于不同列上的透光图案506与不透光图案508的排列方式进行调整。
此外，双调显影用光掩模500还可选择性地包括隔离区开口图案512，位于隔离区514中。隔离区开口图案512例如是透光或不透光。在此实施例中，隔离区开口图案512是以不透光为例进行说明。
请同时参照图7及图8，在利用双调显影用光掩模500所进行的光刻制作工艺中，对双调显影用光致抗蚀剂进行曝光制作工艺与双调显影制作工艺后，会形成图案化双调显影用光致抗蚀剂600。双调显影用光致抗蚀剂的材料例如是光酸产生剂(Photo Acid Generator，PAG)、树脂或丙二醇单甲醚乙酸酯（propylene glycol monomethyl ether acetate，PGMEA）。图案化双调显影用光致抗蚀剂600包括开口图案区602。
图案化双调显影用光致抗蚀剂600的开口图案区602对应于双调显影用光掩模500的开口图案区502而形成。开口图案区602包括上、下二列多个间隔排列的开口图案610，开口图案610的间距P6例如是等于透光图案506与不透光图案508的间距P5。原因在于，双调显影制作工艺会移除对应于透光图案506(最强光场)与不透光图案508(最弱光场)处的双调显影用光致抗蚀剂，而对应于不完全透光图案504处的双调显影用光致抗蚀剂会保留下来，因此开口图案610的间距P6约等于透光图案506与不透光图案508的间距P5。
此外，图案化双调显影用光致抗蚀剂600还可选择性地包括隔离区开口图案612。隔离区开口图案612对应于隔离区开口图案512而形成于隔离区614中。
由于图案化双调显影用光致抗蚀剂600可由单一光掩模与单一光刻制作工艺所形成，所以通过双调显影用光掩模500可大幅地降低半导体元件的制造成本，且可有效地简化半导体制作工艺的复杂度。
综上所述，上述实施例至少具有下列优点。上述实施例所提出的双调显影用光掩模中可通过单一光掩模及单一曝光制作工艺，而在进行双调显影制作工艺后形成具有开口图案区以及环绕此开口图案区的光致抗蚀剂图案的图案化双调显影用光致抗蚀剂。此外，上述实施例所提出的双调显影用光掩模可大幅地降低半导体元件的制造成本，且可有效地简化半导体制作工艺的复杂度。另外，通过上述实施例所提出的双调显影用光掩模可于双调显影用光致抗蚀剂中形成具有较小间距的开口图案。
虽然已结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。
Claims (18)
1.一种双调显影用光掩模，其包括：
开口图案区，包括多个透光图案与多个不透光图案，且由该些透光图案与该些不透光图案于一双调显影用光致抗蚀剂中定义出多个开口图案；以及
不完全透光图案，围绕该开口图案区。
2.如权利要求1所述的双调显影用光掩模，其中该些透光图案是以二维阵列的方式排列，且该些不透光图案是以网状排列并且包围各该透光图案。
3.如权利要求1所述的双调显影用光掩模，其中该些不透光图案是以二维阵列的方式排列，且该些透光图案是以网状排列并且包围各该不透光图案。
4.如权利要求1所述的双调显影用光掩模，还包括一护环图案，至少围绕部分的该不完全透光图案。
5.如权利要求4所述的双调显影用光掩模，其中该护环图案为透光或不透光。
6.如权利要求2所述的双调显影用光掩模，该双调显影用光致抗蚀剂的该些开口图案的间距为该双调显影用光掩模的该些透光图案的间距的50%至75%。
7.如权利要求3所述的双调显影用光掩模，该双调显影用光致抗蚀剂的该些开口图案的间距为该双调显影用光掩模的该些不透光图案的间距的50%至75%。
8.如权利要求1所述的双调显影用光掩模，其中该些透光图案与该些不透光图案是以一维阵列的方式交错排列并且连续无间隔。
9.如权利要求8所述的双调显影用光掩模，其中各该透光图案的宽度与各该不透光图案的宽度的比为1：1至7：1。
10.如权利要求8所述的双调显影用光掩模，其中各该透光图案的宽度与各该不透光图案的宽度的比为1：1至1：7。
11.如权利要求9所述的双调显影用光掩模，该双调显影用光致抗蚀剂的该些开口图案的间距为该双调显影用光掩模的该些不透光图案的间距的50%至75%。
12.如权利要求10所述的双调显影用光掩模，该双调显影用光致抗蚀剂的该些开口图案的间距为该双调显影用光掩模的该些透光图案的间距的50%至75%。
13.如权利要求8所述的双调显影用光掩模，还包括一隔离区开口图案，位于一隔离区中。
14.如权利要求1所述的双调显影用光掩模，其中该不完全透光图案包括光栅或不完全透光材料。
15.如权利要求1所述的双调显影用光掩模，其中该些开口图案包括接触孔图案。
16.如权利要求1所述的双调显影用光掩模，其中当该些透光图案与该些不透光图案以至少一列的方式排列时，位于同一列上的该些透光图案与该些不透光图案为交错排列且间隔一定距离，相邻的各该透光图案与各该不透光图案之间包含该不完全透光图案。
17.如权利要求16所述的双调显影用光掩模，其中位于不同列上的该些透光图案与该些不透光图案为交错排列或相互对齐。
18.如权利要求17所述的双调显影用光掩模，当不同列上的该些透光图案与该些不透光图案为相互对齐时，位于不同列上的该些透光图案相互对齐、位于不同列上的该些不透光图案相互对齐、或位于一列上的该些透光图案与位于另一列上的该些不透光图案相互对齐。
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